[发明专利]一种模拟土体接触冲刷发展过程的试验装置和试验方法

权利要求书

1.一种模拟土体接触冲刷发展过程的试验装置，其特征在于：包括透明模型箱(21)，所述透明模型箱(21)内设置有透明土样(22)，所述透明模型箱(21)周边分别设置有用于将所述透明土样(22)固液两相以及不同粒径的接触面明显区分的平面激光诱发荧光系统、用于记录试验过程中接触冲刷发展的图像采集系统和用于测得试验试样中不同渗径长度处水头的孔压采集装置(18)，所述透明模型箱(21)的进水口(6)和出水口(19)连有循环供水系统。

2.根据权利要求1所述的一种模拟土体接触冲刷发展过程的试验装置，其特征在于：所述循环供水系统包括相连通的集水箱(1)和循环水箱(23)和动力装置(24)，所述动力装置(24)的进水处连有所述出水口(19)，所述集水箱(1)的出水处通过供水管(4)与所述进水口(6)相连，所述集水箱(1)的下方设置有电动升降平台(3)，所述电动升降平台(3)与计算机(14)相连，所述供水管(4)内设置有流量计(5)。

3.根据权利要求2所述的一种模拟土体接触冲刷发展过程的试验装置，其特征在于：所述循环水箱(23)内设置有微孔滤膜(25)。

4.根据权利要求1所述的一种模拟土体接触冲刷发展过程的试验装置，其特征在于：所述进水口(6)和出水口(19)分别设置有进水控制阀(7)和出水控制阀(20)。

5.根据权利要求1所述的一种模拟土体接触冲刷发展过程的试验装置，其特征在于：所述透明模型箱(21)内设置有两平行设置的透水板(9)，所述透明土样(22)位于所述透水板(9)形成的空腔内，所述透水板(9)与所述透明模型箱(21)的端面之间形成缓冲区(8)，靠近所述出水口(19)一侧的所述缓冲区(8)内设置有滤网(17)。

6.根据权利要求1所述的一种模拟土体接触冲刷发展过程的试验装置，其特征在于：所述平面激光诱发荧光系统包括激光器(15)，所述激光器(15)下面设置有高度调节装置(16)。

7.根据权利要求1所述的一种模拟土体接触冲刷发展过程的试验装置，其特征在于：所述图像采集系统包括CCD相机(13)，所述CCD相机(13)下方设置有相机支架(12)，所述CCD相机(13)与计算机(14)相连。

8.根据权利要求1所述的一种模拟土体接触冲刷发展过程的试验装置，其特征在于：所述透明模型箱(21)的上顶板四周设置有密封条(11)，所述密封条(11)与所述透明模型箱(21)侧壁相接触，紧固螺栓(10)穿过所述上顶板周边和透明模型箱(21)侧壁外部延伸边所述起到固定作用。

9.根据权利要求1所述的一种模拟土体接触冲刷发展过程的试验装置，其特征在于：所述图像采集系统置于所述透明模型箱(21)正前方，所述孔压采集装置(18)置于所述透明模型箱(21)后方，所述平面激光诱发荧光系统置于所述透明模型箱(21)右侧。

10.一种模拟土体接触冲刷发展过程的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

S01，制备两种不同粒径范围的透明土颗粒，同时调配好模拟孔隙液体具有相同折射率的溶液，提前加入适当的荧光染色剂，并将孔隙液体倒入集水箱(1)；

S02，将配置好的透明土分两层填入透明模型箱(21)，下层为粒径较小的透明土样，上层为粒径较大的透明土样，并均匀压实；

S03，打开进水控制阀(7)，使孔隙液体经缓冲区(8)透过透水板(9)，直至透明模型箱(21)充满孔隙液体；

S04，打开激光器(15)并调整位置，使其能够照射整个试样，同时打开CCD相机(13)，调整其位置使其能够拍摄整个试样；

S05，打开出水控制阀(20)，孔隙液体通过出水管流出，经出水管流入循环水箱(23)，经微孔滤膜(25)净化后进行循环，开始接触冲刷试验，同时CCD相机(13)开始连续自动拍摄；

S06，通过电动升降平台(3)改变集水箱(1)高度，调整上游水头，记录试验过程中流量、水力梯度、孔隙压力等参数；

S07，试验完成后，通过数字图像处理软件对试验图像进行分析，以获取接触面颗粒的位移场；联合PFC技术得到颗粒的轮廓，获得颗粒的孔隙分布曲线，通过颗分滤网(17)过滤下来的颗粒验证孔隙分布曲线的正确性；再结合试验过程中获得的平均水力梯度和流速的变化，判断透明土样在变水头作用下是否发生接触冲刷。